Государственая служба гражданской авиации московский государственный
жүктеу/скачать 5.85 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Micro-Cap Evaluation 9. Содержание работы
- Инструменты
- Component→Analog Primitives→Active Components ). Функциональный генератор ( Analog Primitives→Waveform→Voltage Sourse
- Component → Analog
- Влияние температуры на характеристики транзисторов.
- Усилительный каскад по схеме с ОБ.
- Транзисторы с управляющим p-n переходом.
- Транзисторы с изолированным затвором.
- Транзисторы с изолированным затвором делятся на две группы
- Транзистор с изолированным затвором со встроенным каналом.
- Транзистор с изолированным затвором с индуцированным каналом.
- Основные параметры полевых транзисторов.
- Усилительный каскад по схеме с ОИ.
- Порядок проведения работы
Лабораторная работа №2.«Исследование схем на биполярных и полевых транзисторах». Цель работы: Целью работы является изучение конструкции, принципов действия и классификации широко используемых в электронике биполярных и полевых транзисторов, а также освоение методов моделирования основных типов схем, использующих полупроводниковые транзисторы, в среде Micro-Cap Evaluation 9. Содержание работы: 1. Исследование параметров и характеристик транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером (с ОЭ). 2. Снятие входных и выходных ВАХ транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером (с ОЭ). 3. Снятие входных и выходных сигналов транзисторного каскада, включённого по схеме с общей базой (с ОБ). 4. Расчет усилительного каскада на полевом транзисторе, включенного по схеме с общим истоком (с ОИ). 5. Снятие входных и выходных ВАХ транзистора, включённого по схеме с общим истоком (с ОИ). Инструменты: Для проведения работы требуются следующие компоненты:
Теоретические сведения: Транзистор - это активный преобразователь с несколькими (обычно двумя) электронно-дырочными переходами, имеющий три (от эмиттера, базы в коллектора) или более выводов. Транзистор представляет собой монокристалл, имеющий три области с различным типом проводимости. Транзистор с чередованием p-n-p называют транзистором прямой проводимости, а транзистор n-p-n типа - транзистором обратной проводимости. Германиевый сплавной транзистор p-n-p типа изготовляется путём наплавления индия на пластину германия n- типа, образуя область с проводимостью p- типа. На границе p-n областей образуются p-n переходы. p-область с переходом, имеющую меньшую площадь, называют эмиттером, а имеющую большую площадь - коллектором. Средняя n- область называется основанием или базой. 
а) б)
проводимости. На Рисунке 1 а, б приведено условное обозначение транзисторов и стрелками указанны направления токов, принятые за положительные. Рассмотрим принцип действия транзистора p-n-p (физические процессы в транзисторе n-p-n аналогичны). Концентрация основных носителей в базе много ниже концентрации основных носителей в эмиттере и коллекторе, т. е. база является высокоомным слоем. Такое соотношение концентраций достигается технологией при изготовлении. В состоянии равновесия на границе p- и n- областей (эмиттер - база и база – коллектор) имеют место потенциальные барьеры с потенциалом “φ”. Если к эмиттерному переходу присоединить источник постоянного напряжения с полярностью, соответствующей проводящему направлению, а к коллекторному переходу - с обратной полярностью в соответствии со знаками, указанными на рис. 1 а, то потенциальный барьер эмиттерного перехода снижается на величину Uэ, а коллекторного перехода увеличивается на величину Uк. Снижение потенциального барьера эмиттерного перехода приводит к увеличению числа дырок, преодолевающих этот барьер и концентрация дырок на границе база - эмиттер увеличивается в p-n-p транзисторе. Аналогично происходит увеличение концентрации электронов на границе эмиттер - база в n-p-n транзисторе. Концентрация дырок на границе база - коллектор в p-n-p транзисторе уменьшается, так как потенциальный барьер коллекторного перехода увеличивается и число дырок, преодолевающих этот барьер, уменьшается. Обычно концентрацию не основных носителей в базе на границе коллекторного перехода (для p-n-p транзистора не основные носители в базе – дырки) принимают равной нулю, т. к. подходящие к этой границе дырки втягиваются полем перехода в коллекторную область, вследствие того, что коллекторное поле для дырок является ускоряющим. В то же время подходящие к этой границе электроны втягиваются в область базы. Наличие градиента концентрации вызывает диффузионный ток, направленный в сторону уменьшения концентрации. Подошедшие под действием диффузии к коллекторному переходу дырки затягиваются полем коллекторного перехода в коллекторную область транзистора. Не все дырки, вошедшие в базу, доходят до коллектора, т. к. некоторая их часть (1-10%) рекомбинирует с электронами в базовой области. Рекомбинация дырок с электронами обуславливает рекомбинационную составляющую базового тока. Кроме рекомбинационной составляющей через базу проходят электронные составляющие эмиттерного и коллекторного токов. Наибольшим током в транзисторе является ток эмиттера, т. к. определяется дырками, перешедшими из эмиттера в базовую область. Некоторая часть этих дырок, как уже отмечалось, рекомбинирует , обуславливая ток базы, оставшаяся часть дырок затягивается в коллекторную область, обуславливая ток коллектора (дырочную составляющую). Поэтому токи в транзисторе связаны соотношением: Iэ=Iб+Iк, где Iэ— ток эмиттера, I6 - ток базы, Iк - ток коллектора. Это соотношение записано без учёта очень малого по величине теплового тока коллектора Iкбо, обусловленного электронами, протекающими из коллекторного слоя в базовый через переход база - коллектор. Отношение
показывающее, какая часть тока эмиттера является дырочной и инжектируется в базу, называется эффективностью эмиттера. Для получения возможно большей эффективности базу транзистора делают высокоомной, с малой концентрацией примесей, а эмиттер и коллектор - с концентрацией примесей на три-четыре порядка больше, чем в базе. Основной величиной, характеризующей качество биполярного транзистора, является коэффициент передачи эмиттерного тока, приближённо:
Связь между токами в транзисторе и приложенными между его электродами напряжениями выражаются входными и выходными ВАХ транзистора. Вид характеристик зависит от его схемы включения. Возможны три схемы включения в зависимости от того, какой из электродов является общей точкой по переменному току для входной и выходной цепей: - с общей базой (ОБ) - с общим эмиттером ( ОЭ) - с общим коллектором (ОК) Рассмотрим статические характеристики транзистора, включенного по схеме с ОБ. Входными характеристиками называют зависимость тока эмиттера от напряжения между эмиттером и базой, снятых при нескольких неизменённых значениях напряжения между коллектором и базой: Iэ=φ(Uэб) при Uкб=const. 
Рисунок 2. Типовые входные (а) и выходные (б) характеристики германиевого транзистора в схеме с ОБ. Типовая входная характеристика приведена на Рисунке 2а. Входная характеристика при напряжении коллектора, равном нулю, аналогична прямой ветви ВАХ p-n перехода. При включении отрицательного напряжения между коллектором и базой характеристика смещается к оси ординат, как это показано на Рисунке 2а. Это смещение соответствует увеличению тока эмиттера при заданном напряжении между эмиттером и базой. Увеличение тока эмиттера можно объяснить тем, что градиент концентрации дырок в базе увеличивается с увеличением напряжения на коллекторе, а следовательно, увеличивается ток эмиттера, пропорциональный этому градиенту. Выходные характеристики транзистора с ОБ приведены на Рисунке 2б. При токе эмиттера, равном нулю, характеристика подобна обратной ветви ВАХ диода. Ток Iк при Iэ=0 называется тепловым током транзистора и обозначается Iкбо. Выходными характеристиками транзистора в схеме ОБ называют зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и базой, снятую при нескольких неизменных значениях тока эмиттера: Iк=φ(Uкб) при Iэ=const. Характеристики имеют значительный наклон в прямолинейной части, наличие которого объясняется эффектом Эрли. Сущность эффекта состоит в том, что при изменении напряжения Uкб меняется ширина коллекторного p-n перехода, который, смещаясь в сторону высокоомной базы, уменьшает ширину базы, а это приводит к увеличению коэффициента переноса носителей заряда через базу за счёт уменьшения рекомбинации носителей заряда в базе. Выходные характеристики в схеме с ОБ отличаются хорошей линейностью и эквидистантностью. 
Рисунок 3. Типовые входные (а) и выходные (б) характеристики транзисторов в схеме с ОЭ. Входные и выходные характеристики транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером, приведены на Рисунке 3. Входными характеристиками для схемы ОЭ называют зависимость тока базы от напряжения между базой и эмиттером, снятую при нескольких неизменных значениях напряжения между коллектором и эмиттером: Iб=φ(Uбэ) при Uкэ=const. В отличие от схемы ОБ входные характеристики в схеме ОЭ смещаются под действием коллекторного напряжения к оси абсцисс. Это объясняется изменением знака напряжения обратной связи, возникающей из-за наличия модуляции величины базы (эффект Эрли). Входная характеристика схемы ОЭ при Uкэ=0 также подобна прямой ветви ВАХ диода. Входными характеристиками транзистора для схемы ОЭ называют зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером, снятую при нескольких неизменных значениях тока базы: Iк = φ (Uкэ) при Iб = const. Выходные характеристики для схемы ОЭ не выходят за пределы первого квадранта, потому ,что источник внешней ЭДС Uбэ включён навстречу напряжению внешнего источника Uкэ и между базой и коллектором транзистора действует напряжение: Uкб=Uкэ-Uбэ. При |Uкэ| = |Uбэ| напряжение Uкб уменьшается до нуля, т. е. коллекторный переход будет заперт. При напряжении Uкэ = 0 ,дырки, инжектируемые в базу, будут подхвачены внешним электрическим полем источника Uбэ и пойдут в базовый электрод. Выходные характеристики транзистора в схеме ОЭ характеризуются большим наклоном и меньшей эквидистантностью, чем в схеме ОБ, так как управляющим в схеме ОБ является ток базы Iб, по величине значительно меньший, чем управляющий ток в схеме ОЭ Iэ (ток эмиттера). Для схемы ОЭ важным является отношение тока коллектора к току базы, называемое коэффициентом передачи тока от базы к коллектору в транзисторе:  .
Если α изменяется в пределах от 0.9 до 0.99, то β изменяется в пределах от 10 до 100, и выше. При Iб= 0 тепловой ток коллектора I’ко = Iкбо (1 + β), так как он усиливается транзистором в β - раз. Основные отличия выходных характеристик в схеме с общим эмиттером больше, чем в схеме с ОБ. Наклон характеристик в схеме с ОЭ больше, чем в схеме с ОБ. Увеличение наклона характеристик показывает, что в схеме с ОЭ при увеличении Uкэ ток Iк увеличивается сильнее, чем в схеме с ОБ, при увеличении Uкб. Тепловой ток коллектора I’ко в схеме с ОЭ при Iб =0 больше, чем тепловой ток коллектора Iкбо в схеме с ОБ при Iэ = 0. Предельно допустимое напряжение между коллектором и эмиттером в схеме с ОЭ меньше, чем между коллектором и базой в схеме с ОБ. Транзистор характеризуется зарядами (барьерными) и диффузионными ёмкостями эмиттерного и коллекторного переходов. Диффузионная ёмкость эмиттерного перехода обусловлена изменением заряда в базе при изменении напряжения на эмиттере. Величина этой ёмкости зависит от тока через эмиттерный переход и может достигать значения в десятки тысяч пикофарад. Обратно смещённый коллекторный переход характеризуется главным образом барьерной ёмкостью. Ее величина зависит от величины перехода и, таким образом, является функцией коллекторного напряжения. Изменяется она в пределах десятков пикофарад. Величина ёмкости зависит от схемы включения транзистора. Ёмкость коллекторного перехода для схемы с ОЭ увеличивается, по сравнению со схемой с ОБ, в 1/1+α или (β +1) раз.
При увеличении температуры окружающей среды термическая равновесная концентрация дырок в базе растёт, и тепловой ток Iко увеличивается. С увеличением температуры также увеличивается и коэффициент передачи по току α. Поэтому выходные характеристики транзистора с увеличением температуры смещаются вверх. Влияние температуры сказывается сильнее на характеристиках транзистора, включённого по схеме с ОЭ, чем на характеристиках транзистора, включённого по схеме с ОБ, так как в первом случае коллекторный ток будет равен: Iк”оэ”=β(Iб+Iкбо)+Iкбо=βIб+I’ко, а во втором: Iк”об”=αIэ+Iкбо, где I’ко > Iкбо. Кроме того, падение напряжения на эмиттерном переходе с ростом температуры уменьшается. Усилительный каскад по схеме с ОЭ. При использовании транзистора в качестве усилителя, на него нужно подать правильное напряжение смещения (задать режим работы по постоянному току). Для этого используется делитель напряжения R1-R2 и источник питания постоянного тока Uп. Чтобы снять выходное напряжение с коллектора, в цепь коллектора включается Rн - нагрузочный резистор, а Rк – является коллекторным резистором. С помощью эмиттерного резистора Rэ вводится отрицательная обратная связь, обеспечивающая стабилизацию статического режима усилителя. Ср1 - входной, а Cр2 - выходной разделительный конденсатор. Для устранения отрицательной обратной связи по переменному току и одновременного сохранения стабильности по постоянному току применяется эмиттерный развязывающий конденсатор Сэ. Усилитель с ОЭ дает высокое усиление по току и напряжению, а значит и по мощности. Фаза входного сигнала инвертируется при его усилении.
Рисунок 4 - Усилительный каскад по схеме с ОЭ. Усилительный каскад по схеме с ОБ. Усилитель с ОБ имеет низкое входное сопротивление (50 -100 Ом) и низкий коэффициент усиления по сравнению с усилителем по схеме с ОЭ. Преимущество этого усилителя - хорошие частотные характеристик ( широкая полоса пропускания ). Поэтому усилители с ОБ используются при очень высоких частотах. Разделительный конденсатор С1 обеспечивает передачу переменного входного сигнала на эмиттер транзистора (входное напряжение прикладывается между эмиттером и базой). RЗ - эмиттерный резистор. Делителем напряжения R1-R2 задается режим работы усилителя. Выходной сигнал снимается с нагрузочного резистора R4. 
Рисунок 5 - Усилительный каскад по схеме с ОБ. Полевые транзисторы. В настоящее время полевые транзисторы находят все более широкое применение. Почему же к полевым транзисторам возник, практически сразу с момента их возникновения, такой огромный интерес? Это объясняется рядом их свойств, отсутствующих у биполярных транзисторов: высокое входное сопротивление (практически бесконечность) по постоянному току и на высокой частоте, низкий коэффициент шума, почти полное разделение выходного сигнала от входного, обусловленность рабочего тока только основными носителями. Совокупность этих свойств позволяет упростить схемы, уменьшить размер и массу устройства, а также улучшить некоторые технические характеристики по сравнению с устройствами на биполярных транзисторах. Благодаря этому преимуществу полевые транзисторы широко применяются в цифровых схемах, особенно в больших интегральных схемах запоминающих устройств, содержащих тысячи транзисторов. Но все-таки, несмотря на все преимущества, они имеют существенный недостаток - коэффициент усиления полевого транзистора значительно ниже. Транзистор называется полевым, так как входное напряжение создает электрическое поле, которое в свою очередь влияет на выходной ток. Итак, значит полевой транзистор - это полупроводниковый прибор, в котором выходной ток управляется входным напряжением. Полевой транзистор еще называют униполярным, поскольку его работа основана на использование только основных носителей заряда – либо электронов, либо дырок. Существуют два типа полевых транзисторов: 1) с управляющим p-n переходом ; 2) с изолированным затвором (МОП -, МДП-транзисторы).
На Рисунке 5 показано условное изображение полевого транзистора с управляющим p-n переходом, где: 1-затвор (управляющий электрод); 2-исток;
3-сток. 
Рисунок 6 - Полевые n-канальные (а) и p-канальные (б) транзисторы с управляющим p-n переходом. Для объяснения принципа работы этого транзистора рассмотрим, как создается этот полупроводниковый прибор. На Рисунке 7 представлена структура такого транзистора. 
Рисунок 7 - Разрез структуры полевого транзистора с управляющим p-n переходом с каналом p- типа проводимости:
Lк – расстояние между диффузионными областями стока и истока. В исходном материале - подложке создается методом диффузии примесей (или эпитаксиальным выращиванием) легированная область – диффузионный карман (или эпитаксиальный слой). К пластине слабо легированного полупроводника, имеющего электропроводность определенного типа, прикрепляют с двух сторон электроды. Внешние напряжения прикладывают так, что через полупроводник потечет ток. Этот полупроводник называют каналом n- или p-типа (тип проводимости канала определяется типом проводимости диффузионного кармана). Ток, протекающий через канал, называют током стока Iс. Электрод, от которого начинают движение основные носители заряда в канале, называют истоком, а электрод, к которому движутся основные носители заряда, называют стоком. Рассмотрим принцип действия полевого транзистора с управляющим p-n переходом (ПТУП) на примере транзистора с каналом n-типа. Исток обычно заземлен и относительно него измеряют напряжения на стоке и затворе. Если напряжения на затворе и на стоке равны нулю (Uзи=Uси=0), то ток через канал не потечет (Iс=0). При отрицательном напряжении на затворе через p-n переход протекает обратный ток, которым практически можно пренебречь. На Рисунке 7 приведены выходные ВАХ характеристики ПТУП с каналом n-типа. Характеристики других типов транзисторов имеют аналогичный вид, но отличаются напряжением на затворе и полярностью приложенных напряжений. При приложении положительного напряжения к стоку (Uси>0) и при напряжении на затворе, равном нулю (Uзи=0), по каналу потечет ток, который будет создаваться основными носителями заряда (в данном случае электронами). Ток стока растет пропорционально напряжению. На выходных ВАХ характеристиках (зависимость тока стока от напряжения на стоке при различных напряжениях на затворе), представленных на Рисунке 7, этому режиму соответствует линейная область.
Рисунок 8- Выходные характеристики полевого транзистора с управляющим p-n переходом с каналом n- типа .
-линейную область (изменение тока стока пропорционально изменению напряжения на стоке); -область насыщения (ток стока слабо зависти от напряжения на стоке); -область пробоя (ток стока резко возрастает при малых изменениях напряжения на стоке). Зависимость тока стока от напряжения на затворе при постоянном напряжении на стоке характеризуется передаточными (стоко - затворными) характеристиками, представленными на Рисунок 8. 
Рисунок 9 - Типовые передаточные характеристики полевых транзисторов. Для полевых транзисторов входная характеристика (зависимость Iз от Uзи при фиксированном значении Uси) не имеет практического применения, и при расчетах используются только передаточные и выходные ВАХ. Таким образом, полевые транзисторы с управляющим p-n переходом работают в режиме обеднения канала носителями заряда (независимо от типа его проводимости) при изменении напряжения затвор - исток до напряжения отсечки.
На рисунке 9 приведена структура такого полевого транзистора с изолированным затвором. 
Рисунок 10 - Разрез структуры МДП-транзистора с индуцированным каналом.
В чистом или слабо легированном кремнии (подложке) диффузией созданы сильно легированные области противоположного по сравнению с подложкой типа проводимости. Это области стока и истока. Металлический электрод затвора изолирован от подложки слоем диэлектрика толщиной 0,15-0,3 мкм. В основном используются два типа диэлектрика: диэлектрик на основе окислов кремния, или МОП - транзисторы (металл - окисел-полупроводник) и двухслойный диэлектрик на основе окисла кремния и нитрида кремния, или МДП - транзисторы (металл - диэлектрик-полупроводник). МОП - транзисторы иногда используются в схемах усилителей, но большее применение они находят в цифровых схемах. Если приложить напряжение к структуре металл-диэлектрик - полупроводник, то из-за большой разницы удельных сопротивлений диэлектрика и полупроводника электрическое поле будет существовать только в диэлектрике. Поэтому в полупроводнике вблизи границы раздела образуется поверхностный заряд. На управление величиной этого заряда поперечным электрическим полем основан принцип действия транзисторов с изолированным затвором. Транзисторы с изолированным затвором делятся на две группы: 1)со встроенным каналом (канал создается при изготовлении); 2)с индуцированным каналом (канал возникает под действием напряжения, приложенного к управляющим электродам). На Рисунке 10 показано условное изображение полевого транзистора с изолированным затвором. 
Рисунок 10 - Схематическое изображение полевых транзисторов с изолированным затвором. Существенным преимуществом транзисторов с изолированным затвором является высокое входное сопротивление, достигающее значений от 10 ГОм до 100 ТОм (у транзисторов с управляющим p-n переходом Rвх=1ГОм). Рассмотрим принцип работы этих приборов.
В отличие от транзистора с управляющим p-n переходом в транзисторе со встроенным каналом ток стока будет создаваться как при положительной, так и при отрицательной полярности на его затворе. При подаче на затвор отрицательного напряжения, это напряжение будет компенсировать положительный заряд, сосредоточенный на границе раздела диэлектрик - полупроводник, и оттеснять основных носителей заряда (электроны) из приповерхностной зоны. В прилегающей к диэлектрику поверхности канала, в результате ухода свободных зарядов, образуется обедненный слой. При этом проводимость канала уменьшается. А это, в свою очередь, приводит к уменьшению тока стока. Такой режим работы транзистораназывают режимом обеднения. Если подать на затвор положительное напряжение, то на металлической поверхности затвора будут создаваться заряды положительного знака, а у прилегающей к диэлектрику поверхности канала будет накапливаться отрицательный заряд, увеличивая первоначальную проводимость канала. Это ведет к увеличению тока стока. Такой режим транзистора называется режимом обогащения. Таким образом, меняя напряжение на затворе, можно изменять ток стока. Полевые транзисторы с изолированным затвором с встроенным каналом работают как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения.
В этом транзисторе токопроводящий канал создается при подаче на затвор определенной полярности и значения напряжения. Без подачи напряжения сопротивление сток-исток очень велико и соответствует сопротивлению двух включенных диодов при нулевом смещении. Если же подать положительное напряжение на затвор, которое будет превышать пороговую величину, то в приповерхностном слое основания (зона между стоком и истоком) начнется движение электронов из области истока к области стока. Слой, через который будет происходить движение зарядов, называется индуцированным каналом. Так как индуцированный канал создается только при подаче на затвор положительного напряжения, то транзистор с индуцированным каналом может работать только в режиме обогащения, в отличие от транзистора со встроенным каналом. Напряжение на затворе, при котором индуцируется канал, называют пороговым напряжением Uзипор. Обычно пороговое напряжение полевых транзисторов с индуцированным каналом лежит в пределах Uзипор=1 - 6 В. Основные параметры полевых транзисторов. Основными параметрами, характеризующими полевой транзистор как нелинейный элемент, являются: -коэффициент усиления по напряжению Ku=dUси/dUзи при Ic= const; -крутизна (определяется по передаточной характеристике) s=dIс/dUзи при Uси= const; -дифференциальное выходное (внутреннее Ri) сопротивление Rвых=Ri=dUси/dIc при Uзи= const; -дифференциальное сопротивление участка затвор-сток Rзс=dUзс/dIс. Это сопротивление учитывает обратную связь между выходом и входом полевого транзистора. Входное сопротивление Rвх полевого транзистора очень велико, так как значение тока затвора Iз очень мало. Значение параметра Ri можно определить при работе транзистора в режиме насыщения как котангенс угла наклона выходной характеристики, Крутизна s передаточной характеристики отражает степень влияния входного напряжения на выходной ток. Этот параметр транзистора лежит в пределах 1 - 5 мА/В. Усилительный каскад по схеме с ОИ. Полевые транзисторы могут работать в схеме включения с общим истоком, с общим стоком или с общим затвором. Наиболее распространенной является схема с общим истоком. Усилительные каскады на полевых транзисторах управляются напряжением, приложенному или к запертому p-n переходу (в транзисторах с управляющим p-n переходом) или между электрически изолированным затвором и подложкой (в транзисторах с изолированным затвором). Ток затвора в усилительных каскадах на полевых транзисторах достаточно мал. Для транзисторов с управляющим p-n переходом этот ток не превышает 10 нА. Для транзисторов с изолированным затвором этот ток на несколько порядков меньше. Для транзисторов с управляющим p-n переходом входное сопротивление на низких частотах составляет десятки МОм, а для транзисторов с изолированным затвором достигает 10^12-10^15 Ом. С повышением частоты входное сопротивление существенно уменьшается из-за наличия емкостей затвор - исток и затвор - сток. При построении аналоговых усилителей на полевых транзисторах наибольшее распространение, как было сказано выше, получила схема каскада с общим истоком. При этом в ней, как правило, применяются или полевые транзисторы с управляющим p-n переходом, или МДП - транзисторы со встроенным каналом. На Рисунке 14 приведена усилительная схема на полевом транзисторе с управляющим p-n переходом, которая и будет исследоваться. При анализе усилительных каскадов на полевых транзисторах оперируют с крутизной характеристики и током Iнач, которые соответствуют нулевому напряжению на затворе относительно истока, то есть Uзи=0. При расчете используют следующие приближенные соотношения, описывающие характеристики полевых транзисторов: Iс=Iснач (1-Uзи/Uзиотс); S=dIс/dUзи=sнач( 1 -Uзи/Uзиотс); |sнач|=2Iснач/Uзиотс. В этих формулах: Iс -текущее значение тока стока, Iснач -начальный ток стока при напряжении отсечки Uзиотс, sнач- крутизна характеристики при напряжении отсечки Uзиотс, Uзи -текущее значение напряжения затвор-исток, s- текущая крутизна. Через резистор утечки R2 отводится на шасси очень малый ток утечки затвора. Резистор RЗ обеспечивает необходимое обратное смещение, поднимая потенциал истока выше потенциала затвора. Кроме того, этот резистор обеспечивает также стабильность режима усилителя по постоянному току. RЗ - нагрузочный резистор, который может иметь очень большое сопротивление (более 1,5МОм). Развязывающий конденсатор С2 в цепи истока устраняет отрицательную обратную связь по переменному току через резистор R1. При подаче сигнала на вход усилителя изменяется ток стока, вызывая в свою очередь изменение выходного напряжения на стоке транзистора. Во время положительного полупериода входного сигнала напряжение на затворе увеличивается в положительном направлении, обратное напряжение смещения перехода затвор - исток уменьшается и, следовательно, увеличивается ток Iстока полевого транзистора. Увеличение Iстока приводит к уменьшению выходного (стокового) напряжения, и на выходе воспроизводится отрицательный полупериод усиленного сигнала. И наоборот, отрицательному полупериоду входного сигнала соответствует положительный полупериод выходного сигнала.
В процессе выполнения работы необходимо выполнить следующие эксперименты: 1А. Расчёт характеристик биполярного транзистора. В схеме(Рисунок 11) провести измерения тока коллектора Iк для каждого значения Eк и Еб и заполнить Таблицу 1А. По данным таблицы построить график зависимости Iк от Eк. Построить нагрузочную прямую оп постоянному току на выходной характеристике транзистора. По графику определить рабочую точку и записать её значение.
Таблица 1А. 
Рисунок 11 – Эксперимент 1А. Настройки элементов:
Параметры используемых элементов:  
Параметры настройки графиков: 
1Б. Определение коэффициента усиления транзистора, включённого по схеме с ОЭ. Соберите схему( Рисунок 12). Зарисуйте полученную осциллограмму и по ней определите коэффициент усиления каскада по напряжению. Данные функционального генератора для схемы на Рисунке 12: - частота 25кГц - напряжение 10мВ.
Рисунок 12 – Эксперимент 1Б. Настройки элементов:
Параметры используемых элементов:  
Параметры настройки графиков: 
1В. Определение коэффициента усиления транзистора, включенного по схеме с ОБ. Соберите схему (Рисунок 13). Зарисуйте осциллограмму и определите по ней коэффициент усиления каскада. Данные функционального генератора для схемы на Рисунке 13: - частота 10кГц - напряжение 10мВ. ()
Рисунок 13 – Эксперимент 1В. Настройки элементов:
Параметры используемых элементов:   
Параметры настройки графиков: 
2А. Определение коэффициента усиления транзистора, включенного по схеме с ОБ. Соберите схему (Рисунок 14). Зарисуйте осциллограмму и определите по ней коэффициент усиления каскада. Данные функционального генератора для схемы на Рисунке 14: - частота 1кГц - напряжение 20мВ.
Рисунок 14 – Эксперимент 2А. Настройки элементов:
Параметры используемых элементов:  
Параметры настройки графиков: 
Контрольные вопросы:
жүктеу/скачать 5.85 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
,
0.94 – 0.995, т.е. меньше единицы.
